(57)【要約】【課題】循環融雪水等を利用した水力発電システムにおいて、水車を円滑に始動しかつ水車に供給する水量を一定として安定な発電を行う構造を提供する。【解決手段】水力発電システムにおける水車2Aの始動時の回転補助用の加勢装置5であって、主軸2Bとともに回転可能にそれぞれ装着された主軸回転車5A及び主軸プーリ5Hと、主軸と平行に配置された加勢回転軸5F1とともに回転可能にそれぞれ装着された加勢回転車5F及び加勢プーリ5Gと、主軸プーリと加勢プーリとの間に掛け渡された無端ベルト5Iと、主軸回転車の回転を伝達して加勢回転車を回転させるべく、主軸回転車と加勢回転車の間を連結する複数のリンク部材5B,5C1,5C2,5D,5Eを含む回転伝達手段と、を備え、主軸回転車の回転が、複数のリンク部材、加勢回転車、加勢回転軸、加勢プーリ、無端ベルトを介して主軸プーリに伝達される。【選択図】図２
2013007377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環融雪水等により水車(２Ａ)を回転させることにより発電を行う、循環融雪水等を利用する水力発電システム(１)であって、
水車(２Ａ)に供給する循環融雪水等を貯留するための貯水槽(１Ａ)と、
前記貯水槽(１Ａ)の下方に設けられ、前記水車(２Ａ)を配置した水車室(１Ｃ)と、
前記水車室(１Ｃ)の下に設けられ前記水車室(１Ｃ)から落下した水を貯留するための循環水槽(１Ｄ)と、
前記循環水槽(１Ｄ)内の水を所定の経路にて前記貯水槽(１Ａ)に戻すように循環させるべく、前記循環水槽(１Ｄ)内に配置され前記循環水槽(１Ｄ)内の水に圧力を加えて加圧送水する圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)と、
前記水車(２Ａ)の回転による動力の一部を伝達されて前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)を駆動する圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)と、を備えたことを特徴とする
循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項２】
前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)が、直線運動により水を加圧送水するプランジャ(４Ｄ)を備え、
前記圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)が、前記水車(２Ａ)の主軸(２Ｂ)の回転を伝達されて回転するクランク軸(４Ｂ)と、前記クランク軸(４Ｂ)に形成されたクランクアーム(４Ｂ１)及びクランクピン（４Ｂ２）と、前記クランクピン(４Ｂ２)と前記プランジャ(４Ｄ)とを連結する棒状リンク部材(４Ｂ３)と、を備えたことを特徴とする
請求項１に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項３】
前記循環水槽(１Ｄ)から前記貯水槽水(１Ａ)までの水の循環の経路として、融雪等のためにシステム外部を経由する外部循環用経路及びシステム内部を経由する内部循環用経路の双方、又は、これらの経路のうちいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項４】
前記貯水槽(１Ａ)と前記水車室(１Ｃ)の間に設けられ、前記貯水槽(１Ａ)から落下した水を一時的に貯留するための流入槽(１Ｂ)を備え、前記流入槽(１Ｂ)から落下した水により前記水車室(１Ｃ)の水車(１Ａ)を回転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項５】
前記水車（２Ａ）の始動時の回転を補助するべく、手動により回転操作を加えられる手動駆動部（９Ｂ）と、
前記手動駆動部（９Ｂ）の回転を、前記水車（２Ａ）の主軸（２Ｂ）に伝達する手段と、をさらに備えたことを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項６】
前記水車(２Ａ)の回転を補助するための加勢装置(５)をさらに備え、
前記加圧装置(５)は、
前記水車(２Ａ)の回転軸である主軸(２Ｂ)上に前記主軸(２Ｂ)とともに回転可能にそれぞれ装着された主軸回転車(５Ａ)及び主軸プーリ(５Ｈ)と、
前記主軸(２Ｂ)と平行に配置された加勢回転軸(５Ｆ１)上に前記加勢回転軸(５Ｆ１)とともに回転可能にそれぞれ装着された加勢回転車(５Ｆ)及び加勢プーリ(５Ｇ)と、
前記主軸プーリ(５Ｈ)と前記加勢プーリ(５Ｇ)との間に掛け渡された無端ベルト(５Ｉ)と、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転を伝達して前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させるべく、前記主軸回転車(５Ａ)と前記加勢回転車(５Ｆ)の間を連結する複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)を含む回転伝達手段と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転が、前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)、前記加勢回転車(５Ｆ)、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)、前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることを特徴とする
請求項１〜５のいずれか一に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項７】
前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)として、
一端が前記主軸回転車(５Ａ)の周縁近傍に位置する第１連結軸(Ｊ１)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が自由端であって他端近傍に第１スライド孔(Ｓ１)を具備する第１リンク板(５Ｂ)と、
２枚のサブリンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)からなり各々の一端が前記第１リンク板(５Ｂ)の第１スライド孔(Ｓ１)内をスライド可能な第２連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結され、一方のサブリンク板(５Ｃ１)の他端は所定の固定点に位置する第３連結軸(Ｊ３)に対し回動自在に連結されている第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)と、
一端が前記主軸(２Ｂ)上に回動自在に装着されるとともに、他端が自由端であって前記第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)の他方のサブリンク板(５Ｃ２)の他端とともに第４連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結されかつ他端近傍に第２スライド孔(Ｓ２)を具備する第３リンク板(５Ｄ)と、
一端が前記第３リンク板(５Ｄ)の第２スライド孔(Ｓ２)内及び所定の固定位置に設けられた第３スライド孔(Ｓ３)内をスライド可能な第５連結軸(Ｊ５)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が前記加勢回転車(５Ｆ)の周縁近傍に位置する第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結された第４リンク板(５Ｅ)と、
所定の固定点と前記第６連結軸（Ｊ６）の間に取り付けられた第１スプリング(Ｋ１)と、
所定の固定点と前記第２連結軸(Ｊ２)の間に取り付けられた第２スプリング(Ｋ２)と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)が回転するとき、前記第４リンク板(５Ｅ)の一端が前記第３スライド孔(Ｓ３)を直線移動するとともに前記第４リンク板(５Ｅ)の他端が前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させ、前記加勢回転車(５Ｆ)の回転が、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)及び前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることを特徴とする
請求項６に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【請求項８】
前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)としてさらに、
４枚のサブリンク板(５Ｌ１，５Ｌ２，５Ｌ３，５Ｌ４)を四辺形の各辺とし各頂点を回動自在に連結した第５リンク板(５Ｌ)を有し、
前記第５リンク板(５Ｌ)の１つの頂点は、前記第３スライド孔(Ｓ３)の長手方向に沿った所定の固定点に位置する第７連結軸(Ｊ７)に対し回動自在に連結されるとともに、前記１つの頂点に対向する頂点は、前記第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結されていることを特徴とする
請求項７に記載の循環融雪水等を利用する水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電システムにおける水車の動力を、発電のみでなく水車からの落下水の循環のために利用する水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、融雪水や雨水（以下、「融雪水等」と称する）の位置エネルギーを水力発電に利用する水力発電装置が知られている。
【０００３】
特許文献１では、上下２つの流入槽を設け、上部流入槽から下部流入槽へ水を落下させる水圧管の途中に水車を設けた発電を行うシステムが開示されている。このシステムは、発電した電力により地上に設けた発熱体を加熱し、その熱を融雪に用い、融雪した水を上部流入槽に回収している。
【０００４】
特許文献２では、融雪水が流れ込む鉛直方向の水圧管の途中に水車を設けて水力発電を行い、水車からの落下水を流入槽に貯留するシステムが開示されている。このシステムは、流入槽に設けたヒータを発電した電力により加熱し、加熱した水を圧力加圧送水装置で吸い上げて融雪のために散水する。また、発電した電力は、地上に設けた融雪ヒータを直接加熱するためにも用いられる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０８６３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
融雪水等を利用した従来の水力発電システムでは、以下のような問題点がある。
第１に、主として市街地等での小規模システムを対象とする水力発電システムでは、融雪水等の自然水を利用した場合、水車に供給される水量が不安定であり、水車を駆動する水量が不足する可能性があるという問題がある。
第２に、停止状態の水車を始動する際の落下水のエネルギーが、水車を速やかに定常的な回転状態に移行させるには不十分な場合がある。その結果、水車を円滑に始動することが難しいという問題がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑み、本発明は、融雪水等を利用した水力発電システムにおいて、水車に水を安定してかつ低コストに供給できる構造、及び、水車を速やかに始動して安定な回転状態を保持できる構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、本発明は以下の構成を提供するものである。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付するものであり本発明を図示の実施例に限定する意図ではない。
【０００９】
本発明の態様は、循環融雪水等により水車(２Ａ)を回転させることにより発電を行う、循環融雪水等を利用する水力発電システム(１)であって、
水車(２Ａ)に供給する循環融雪水等を貯留するための貯水槽(１Ａ)と、
前記貯水槽(１Ａ)の下方に設けられ、前記水車(２Ａ)を配置した水車室(１Ｃ)と、
前記水車室(１Ｃ)の下に設けられ前記水車室(１Ｃ)から落下した水を貯留するための循環水槽(１Ｄ)と、
前記循環水槽(１Ｄ)内の水を所定の経路にて前記貯水槽(１Ａ)に戻すように循環させるべく、前記循環水槽(１Ｄ)内に配置され前記循環水槽(１Ｄ)内の水に圧力を加えて加圧送水する圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)と、
前記水車(２Ａ)の回転による動力の一部を伝達されて前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)を駆動する圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)と、を備えている。
【００１０】
上記システムにおいて、前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)が、直線運動により水を加圧送水するプランジャ(４Ｄ)を備え、
前記圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)が、前記水車(２Ａ)の主軸(２Ｂ)の回転を伝達されて回転するクランク軸(４Ｂ)と、前記クランク軸(４Ｂ)に形成されたクランクアーム(４Ｂ１)及びクランクピン（４Ｂ２）と、前記クランクピン(４Ｂ２)と前記プランジャ(４Ｄ)とを連結する棒状リンク部材(４Ｂ３)と、を備えていることが、好適である。
【００１１】
上記システムにおいて、前記循環水槽(１Ｄ)から前記貯水槽水(１Ａ)までの水の循環の経路として、融雪等のためにシステム外部を経由する外部循環用経路及びシステム内部を経由する内部循環用経路の双方、又は、これらの経路のうちいずれか一方を備えていることが、好適である。
【００１２】
上記システムにおいて、前記貯水槽(１Ａ)と前記水車室(１Ｃ)の間に設けられ、前記貯水槽(１Ａ)から落下した水を一時的に貯留するための流入槽(１Ｂ)を備え、前記流入槽(１Ｂ)から落下した水により前記水車室(１Ｃ)の水車(１Ａ)を回転させることが、好適である。
【００１３】
上記システムにおいて、前記水車（２Ａ）の始動時の回転を補助するべく、手動により回転操作を加えられる手動駆動部（９Ｂ）と、
前記手動駆動部（９Ｂ）の回転を、前記水車（２Ａ）の主軸（２Ｂ）に伝達する手段と、をさらに備えていることが、好適である。
【００１４】
上記システムにおいて、前記水車(２Ａ)の回転を補助するための加勢装置(５)をさらに備え、
前記加圧装置(５)は、
前記水車(２Ａ)の回転軸である主軸(２Ｂ)上に前記主軸(２Ｂ)とともに回転可能にそれぞれ装着された主軸回転車(５Ａ)及び主軸プーリ(５Ｈ)と、
前記主軸(２Ｂ)と平行に配置された加勢回転軸(５Ｆ１)上に前記加勢回転軸(５Ｆ１)とともに回転可能にそれぞれ装着された加勢回転車(５Ｆ)及び加勢プーリ(５Ｇ)と、
前記主軸プーリ(５Ｈ)と前記加勢プーリ(５Ｇ)との間に掛け渡された無端ベルト(５Ｉ)と、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転を伝達して前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させるべく、前記主軸回転車(５Ａ)と前記加勢回転車(５Ｆ)の間を連結する複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)を含む回転伝達手段と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転が、前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)、前記加勢回転車(５Ｆ)、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)、前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることが、好適である。
【００１５】
上記システムの加勢装置における前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)として、
一端が前記主軸回転車(５Ａ)の周縁近傍に位置する第１連結軸(Ｊ１)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が自由端であって他端近傍に第１スライド孔(Ｓ１)を具備する第１リンク板(５Ｂ)と、
２枚のサブリンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)からなり各々の一端が前記第１リンク板(５Ｂ)の第１スライド孔(Ｓ１)内をスライド可能な第２連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結され、一方のサブリンク板(５Ｃ１)の他端は所定の固定点に位置する第３連結軸(Ｊ３)に対し回動自在に連結されている第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)と、
一端が前記主軸(２Ｂ)上に回動自在に装着されるとともに、他端が自由端であって前記第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)の他方のサブリンク板(５Ｃ２)の他端とともに第４連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結されかつ他端近傍に第２スライド孔(Ｓ２)を具備する第３リンク板(５Ｄ)と、
一端が前記第３リンク板(５Ｄ)の第２スライド孔(Ｓ２)内及び所定の固定位置に設けられた第３スライド孔(Ｓ３)内をスライド可能な第５連結軸(Ｊ５)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が前記加勢回転車(５Ｆ)の周縁近傍に位置する第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結された第４リンク板(５Ｅ)と、
所定の固定点と前記第６連結軸（Ｊ６）の間に取り付けられた第１スプリング(Ｋ１)と、
所定の固定点と前記第２連結軸(Ｊ２)の間に取り付けられた第２スプリング(Ｋ２)と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)が回転するとき、前記第４リンク板(５Ｅ)の一端が前記第３スライド孔(Ｓ３)を直線移動するとともに前記第４リンク板(５Ｅ)の他端が前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させ、前記加勢回転車(５Ｆ)の回転が、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)及び前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることが、好適である。
【００１６】
上記システムの加勢装置における前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)としてさらに、
４枚のサブリンク板(５Ｌ１，５Ｌ２，５Ｌ３，５Ｌ４)を四辺形の各辺とし各頂点を回動自在に連結した第５リンク板(５Ｌ)を有し、
前記第５リンク板(５Ｌ)の１つの頂点は、前記第３スライド孔(Ｓ３)の長手方向に沿った所定の固定点に位置する第７連結軸(Ｊ７)に対し回動自在に連結されるとともに、前記１つの頂点に対向する頂点は、前記第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結されていることが、好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による水力発電システムは、融雪水、雨水、井戸水若しくは水道水のうちのいずれかの水又はこれらのうちの複数を混合した水又はこれらを本システムを介して循環させた水（本明細書では「循環融雪水等」と称する）を利用する。本システムは、循環融雪水等を落下させて水車を回転させ、その動力により発電機を駆動して発電を行うものである。本発明の特徴の一つは、水車の回転による動力の一部を利用して、水車から落下した水を再び貯水槽に戻すように循環させる圧力加圧送水装置を駆動することである。水を循環させることで、水車に対して常時安定に水を供給できる。圧力加圧送水装置は、モータ付ポンプなどとは異なり電源供給を必要とせず、システム内部の機械的エネルギーのみで稼動することが可能であるので、低コストである。
【００１８】
水車から落下した水の循環経路として、システム外部へ融雪等のために循環させることができるとともに、システム内部でも循環させることができることで、季節や状況に応じて水を有効に利用することが実現される。また、水車からの落下水をできるだけ循環させて水車を回転させる水の一部として再利用することにより、水車を回転させるための水の確保を容易とする。
【００１９】
また、貯水槽と水車室の間に介在する流入槽を設けたことにより、水車室へ落下させる水量の制御が容易となり、安定な発電を行うことができる。
【００２０】
また、手動で主軸を回転させる手動駆動部を設けたことにより、水車の始動時の回転を補助して速やかに定常的な回転状態に移行させることができる。
【００２１】
また、水車の主軸に取り付けられた加勢装置は、手動駆動部による回転駆動をさらに補助するものである。加勢装置では、主軸の回転動力が加勢装置を介して伝達され主軸自体に戻されることで、主軸の回転運動を加勢する。この結果、水車の始動時の回転が速やかに定常的な回転状態に移行するとともに、定常的な回転状態でも主軸の回転が補助される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明を適用した水力発電システムの一例を示した概要構成図である。
【図２】図２は、図１に示した水力発電システムの内部をさらに詳細に示す構成図である。
【図３】図３は、図２中のＡ視の概要図である。
【図４】図４は、図２中のＢ視の概要図である。
【図５】図５（ａ）は図２におけるＣ視の概要図であり、加勢装置の第１実施例の概要を示す図である。（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の加勢装置の第１実施例の動作を説明する図である。
【図７】図７（ａ）は、図５（ａ）と同様の図であり、加勢装置の第２実施例の概要を示す図である。（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の加勢装置の第２実施例の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を適用した一例を示した図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用した水力発電システムの一例を示した概要構成図である。図中、黒矢印は水の流れを示す。図２は、図１に示した水力発電システム１の内部をさらに詳細に示す構成図である。図３は、図２中のＡ視の概要図であり、図４は、図２中のＢ視の概要図である。これらの図面により、循環融雪水等を利用する水力発電システム１の全体構成を説明する。
【００２４】
図１に示すように、循環融雪水等を利用する水力発電システム１は、直方体形状の１つの筐体に収容された装置として構築される。筐体の大きさは、好適例として幅２ｍ〜３ｍ、奥行き１ｍ〜２ｍ、高さ２ｍ〜４ｍ程度を想定するが、この範囲に限られるものではなく、それぞれが１０ｍ〜数十ｍ程度の大規模システムとすることも可能である。好適例の程度の大きさの筐体であれば、市街地等の設置空間を確保し難い場所にも比較的容易に設置することができる。例えば、地上に設置してもよく、適宜の壁面に取り付けてもよく、また、一部又は全体を地中に埋設してもよい。
【００２５】
水力発電システム１の内部は、大きく分けて幅方向に中央区画と両側区画とに分けられる。各区画内も複数の槽や室に分けられている。これらの槽や室の境界は、壁や床で形成される。図１、図２及び図３に示すように、中央区画には、上方から下方へ順に、貯水槽１Ａ、流入槽１Ｂ、水車室１Ｃ及び循環水槽１Ｄが配置されている。
【００２６】
貯水槽１Ａは、天井部に流入開口部１Ａ１を有する。流入開口部１Ａ１は、例えば、アルミ製メッシュフレームで形成されている。流入開口部１Ａ１から融雪水や雨水Ｗ１を貯水槽１Ａに流入させる。あるいは、流入開口部１Ａ１から雪を直接投入してもよい。流入開口部１Ａ１が、路面と同じ高さ又はそれより低い場合は、循環融雪水等Ｗ１が直接、貯水槽１Ａに流入することができる。貯水槽１Ａの水位は、図示しない適宜のセンサにより検知される。
【００２７】
貯水槽１Ａと流入槽１Ｂの間には、貯水槽１Ａと流入槽１Ｂとを連通させ又は遮断するための制御可能な開閉装置１Ａ２が設けられている。開閉装置１Ａ２が開くと貯水槽１Ａから流入槽１Ｂへ水が落下する。開閉装置１Ａ２が閉じると貯水槽１Ａから流入槽１Ｂへ水が落下せず、貯水槽１Ａに水が貯留する。開閉装置１Ａ２の開口の大きさを制御することにより、落水量を調整することができる。
【００２８】
流入槽１Ｂは、貯水槽１Ａの下に設けられ、水車室１Ｂへ落下させる水を一時的に貯留するための前段室として設けられる。流入槽１Ｂの水位も、図示しない適宜のセンサにより検知される。貯水槽１Ａの水量は、循環融雪水等の量により変動する可能性が大きいが、流入槽１Ｂの水量は、貯水槽１Ａから落下する水量及び水車室１Ｂへ落下させる水量を制御することにより、一定量に調整することが比較的容易である。流入槽１Ｂの水量を一定に維持することにより、水車室１Ｃに落下させる水量すなわち水車２Ａを回転させるエネルギーを安定に維持し易くなる。なお、流入槽１Ｂが無い場合でも、水車室１Ｃの水車１Ａを回転させることは可能であるが、上記の理由から流入槽１Ｂを設けることが好ましい。上述した特許文献１、２の従来の融雪水等を利用する水力発電システムでは、このような流入槽１Ｂに相当する槽は存在しない。
【００２９】
流入槽１Ｂと水車室１Ｃの間には、流入槽１Ｂと水車室１Ｃとを連通させ又は遮断するための制御可能な開閉装置１Ｂ１が設けられている。開閉装置１Ｂ１が開くと流入槽１Ｂから水車室１Ｃへ水が落下する。開閉装置１Ｂ１が閉じると流入槽１Ｂから水車室１Ｃへ水が落下しない。開閉装置１Ｂ１の開口の大きさを制御することにより、落水量を調整することができる。
【００３０】
水車室１Ｃには、水車２Ａが配置されている。水車２Ａは回転軸である主軸２Ｂに装着されている。水車２Ａの回転とともに主軸２Ｂが回転する。主軸２Ｂは、水車室１Ｃの両側壁によりベアリングを介して回動自在に軸支されている。主軸２Ｂの両端は、水車室１Ｃの両側壁を超えて両側の区画内にそれぞれ延長されている。本明細書における「主軸」等の用語における「軸」は、シャフトなどの適宜の直径をもつ軸部材を意味する。
【００３１】
循環水槽１Ｄは、筐体の幅方向両端まで拡がって設けられている。水車室１Ｃとその下の循環水槽１Ｄの間は遮蔽されておらず、水車２Ａを回転させた水はそのまま落下して循環水槽１Ｄに貯留される。循環水槽１Ｄ内には、２台の圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２が配置されている。圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２は、循環水槽１Ｄ内の水を取り入れ圧力を加えて槽外に加圧送水する機能を備えている。循環水槽１Ｄの水位は、浮子式フロートを具備する水位制御フロート装置１Ｄ１により検知される。水位の検知に基づいて圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２を制御することにより、循環水槽１Ｄの水位を調整することができる。
【００３２】
一方の圧力加圧送水装置４Ｃ１は、システム外部へ融雪等のために水を圧送する外部循環用圧力加圧送水装置である。外部循環用の経路は次の通りである。外部循環用圧力加圧送水装置４Ｃ１から圧送された外部圧送水Ｗ２１は、建物等の融雪対象施設４０に送られ、例えば屋上に設置した散水装置４１等で散水される。この散水は常時行うことができるので、火災延焼防止効果もある。また、夏季に行えば冷房効果がある。散水された水及びそれにより生じた融雪水は、融雪水入口４２で回収され、外部回収水Ｗ２２として循環濾過装置２０へ送られる。循環濾過装置２０で塵埃等を除去された外部回収水Ｗ２３は、バルブ機能を備えた三方切替装置Ｖ１を介して貯水槽１Ａへ戻される。貯水槽１Ａが満水の場合は、オーバーフロー水Ｗ２４として排水溝３０へ廃棄される。
【００３３】
他方の圧力加圧送水装置４Ｃ２は、システム内部へ水を圧送する内部循環用圧力加圧送水装置である。内部循環用の経路は次の通りである。内部循環用圧力加圧送水装置４Ｃ２から圧送された内部圧送水Ｗ３１は、システム筐体の内部を通り、バルブ機能を備えた三方切替装置Ｖ２を介して内部圧送水Ｗ３２として貯水槽１Ａへ戻される。貯水槽１Ａが満水の場合は、オーバーフロー水Ｗ３３として排水溝３０へ廃棄される。
【００３４】
このように、循環水槽１Ｄから貯水槽１Ａへと戻すように水を循環させることにより、水力発電を行うための水の確保を容易とする。また、水を循環させることで、厳寒期の凍結防止も図れる。また、貯水槽１Ａ内の水が不足する場合は、水道水又は井戸水（地下水全般を含む）Ｗ４を補給してもよい。なお、貯水槽１Ａ内の水が低減し補給もしない場合は、水車２Ａの回転は停止し、本システムは自動的に停止する。
【００３５】
また別の変形例として、積雪がなく融雪が不要の地方では、２台の圧力加圧送水装置の両方を内部循環用としてもよい。あるいは、１台の内部循環用圧力加圧送水装置のみを設けてもよい。またさらに、１台の圧力加圧送水装置を、必要に応じて外部循環用と内部循環用に切り替えられるように構成してもよい。  
【００３６】
水力発電システム１の両側部分には、それぞれ動力発電室１Ｅ、１Ｅが設けられている。動力発電室１Ｅには、水車２Ａの回転により生じた動力により発電を行う機能及びシステム全体を制御する機能等に関連する種々の構成要素が設置される。２つの動力発電室１Ｅ、１Ｅは、基本的に左右対称の構造となっており、ほぼ同じ構成要素を備えている（但し、外部循環用と内部循環用の各圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２からの圧送経路である配管等の配置は異なる）。図中、同じ機能の構成要素は同じ符号で示している。よって、以下では、一方の動力発電室１Ｅについてのみ説明する。
【００３７】
なお、図示の実施例とは異なる変形例として、動力発電室１Ｅが片側に１つだけ設けられている水力発電システムもまた、本発明の範囲に含まれるものとする。
【００３８】
図１に概略的に示す動力発電室１Ｅ内では、水車２Ａの主軸２Ｂに、水車主プーリ２Ａが装着されている。水車主プーリ２Ａは主軸２Ｂとともに回転する。水車主プーリ２Ａの回転は、Ｖベルト等の無端ベルト（２点鎖線で示す）により発電機プーリ６Ａに伝達される。発電機プーリ６Ａは、発電機軸６Ｃに装着されている。発電機軸６Ｃは、概略的に示す発電機７の回転軸である。
【００３９】
発電機７は、低速回転で発電が可能なコアレス発電機が望ましい。但し、直流から交流に変換する装置としてＤＣ／ＡＣ変換器が必要となる。コアレス発電機の場合は単相三線（１φ３Ｗ）方式が可能である。一例として、水車主プーリ２Ａが直径８００mm、発電機プーリ６Ａを直径６０mmとし、１３．３倍の増速回転を行う。発電機プーリ６Ａを３００回転／分でコアレス発電機を駆動した場合、１φ３Ｗ６ＫＶＡ（６０ＡＸ２＝１２０Ａ）程度の、一般家庭では数軒分に十分な給電が可能である。
【００４０】
なお、本システムを大型化して高圧発電を行う場合は、さらに大きな施設、道路、大型工場等への給電も可能である。高圧発電及び高圧送電に伴い、規模に対応した電気室をシステム筐体の外部に設置してもよい。このような外部電気室には、例えば高圧送電に対応した遮断機保護装置、変圧器等の関係機器を別置する。
【００４１】
図２及び図４に示すように、動力発電室１Ｅは、好ましくは下層から上層へ順に、第一室１Ｅ１、第二室１Ｅ２及び第三室１Ｅ３に区画されている。
【００４２】
最下層の第一室１Ｅ１には、上述した水車主プーリ３Ａに加えて、主軸２Ｂとともに回転するように主軸２Ｂに装着されたクランク主プーリ３Ｂが設けられている。クランク主プーリ３Ｂは、水車２Ａの回転による動力を、循環水槽１Ｄ内の圧力加圧送水装置４Ｃ１（４Ｃ２も同様）へ伝達するためのものである。クランク主プーリ３Ｂの回転は、Ｖベルト等の無端ベルト（２点鎖線で示す）を介してクランク従プーリ４Ａへ伝達される。クランク従プーリ４Ａの回転軸には、クランク軸４Ｂが取り付けられている。クランク従プーリ４Ａが回転すると、クランク軸４Ｂが回転する。図４に示す一例では、第一室１Ｅ１内に、クランク従プーリ４Ａとクランク軸４Ｂとからなる組が、前後方向に２組並列に配置されている。
【００４３】
クランク軸４Ｂは、クランク軸４Ｂから径方向に延びる複数のクランクアーム４Ｂ１を備えている。図４に示すように、隣り合う２本のクランクアーム４Ｂ１の先端の間には、クランク軸４Ｂに平行なクランクピン４Ｂ２が延在している。図２に示す一例では、４本のクランクピン４Ｂ２の各々が、クランク軸４Ｂを挟んで互い違いに配置されている。各クランクピン４Ｂ２には、棒状リンク部材４Ｂ３の一端が連結されている。棒状リンク部材４Ｂ３の他端は、循環水槽１Ｄ内の圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２に設けられたプランジャ４Ｄに連結されている。クランクピン４Ｂ２と、棒状リンク部材４Ｂ３と、プランジャ４Ｄとは、同数である。好適例では、複数のプランジャ４Ｄの各々が、複数のクランクピン４Ｂ２の各々と、棒状リンク部材４Ｂ３により連結されている。
【００４４】
クランク主プーリ３Ｂ、クランク従プーリ４Ａ、クランク軸４Ｂ、クランクアーム４Ｂ１、クランクピン４Ｂ２及び棒状リンク部材４Ｂ３は、水車２Ａの回転による動力の一部を伝達して圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２を駆動する圧力加圧送水装置駆動部を構成する。
【００４５】
クランク軸４Ｂの回転運動は、棒状リンク部材４Ｂ３を介してプランジャ４Ｄの直線運動に変換される。プランジャ４Ｄの直線運動により、図示しない適宜のバルブ機構を介して循環水槽１Ｄ内の水が、図示しない管路を通ってシステムの外部又は内部に圧送される。適宜のバルブ機構は、例えばプランジャ４Ｄの往路において逆止弁が開いて無圧、無送水状態を繰り返し、プランジャ４Ｄの復路において逆止弁が閉じて加圧状態となり水を圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２の外へ圧送する、というものである。なお、図２及び図４に示すように、圧力加圧送水装置４Ｃ１、４Ｃ２内のプランジャ４Ｄとして、幅方向に４個、奥行き方向に２個が並設されているが、一例であり、この構成に限定するものではない。
【００４６】
さらに、第一室１Ｅ１には、水車２Ａの回転を補助するための加勢装置５が設けられている。加勢装置５は、直接的には主軸２Ｂと連携して機能する。加勢装置５については、後の図５〜図８において詳細に説明する。
【００４７】
図２及び図４に示すように、中間層の第二室１Ｅ２には、発電機軸６Ｃにより駆動される発電機７が設置されている。発電機軸６Ｃには、上述した発電機プーリ６Ａに加えて、手動従プーリ６Ｂが発電機軸６Ｃとともに回転するように装着されている。手動従プーリ６Ｂには、第三室１Ｅ３に設けられた手動主プーリ９Ａとの間にＶベルト等の無端ベルト（２点鎖線で示す）が掛け渡されている。
【００４８】
最上層の第三室１Ｅ３に設けられた手動主プーリ９Ａの回転軸の端部には、手動操作されるクランク形ハンドルを備えた手動駆動部９Ｂが取り付けられている。図示の例では、手動駆動部９Ｂがシステム筐体の外部に突出しているが、手動操作可能であればシステム筐体の内部に設けてもよい。手動駆動部９Ｂを手で回転することにより、第三室１Ｅ３の手動主プーリ９Ａから第二室１Ｅ２の手動従プーリ６Ｂ、発電機軸６Ｃ及び発電機プーリ６Ａへと回転が伝達され、さらに第一室１Ｅ１の水車主プーリ３Ａ及び主軸２Ｂへと回転が伝達される。
【００４９】
この手動駆動部９Ｂに対する手動操作によって、停止状態の水車２Ａの回転開始及び始動後の回転数増加を補助することができる。なお、水車２Ａが、所定の定常的な回転数で回転するようになった後は、手動駆動部９Ｂを切り離すことができる。この手動駆動部９Ｂを含む手動操作機構は、加勢装置５と併用することができる。
【００５０】
さらに、第三室１Ｅ３には、本システムの制御装置８が配置される。制御装置８は、本システムの各構成要素の動作を制御するプログラムを導入したコンピュータ、各構成要素から動作状態を示す信号を受信する受信部、各構成要素に対して制御信号を送信する送信部、操作パネル等を具備する。
【００５１】
制御装置８は、貯水槽１Ａ、流入槽１Ｂ及び循環水槽１Ｄの水位の検知並びに開閉装置１Ａ２及び開閉装置１Ｂ１の開閉制御を行う。また、循環水槽１Ｄから外部又は内部に圧送された水の貯水槽１Ａへの流入又は排水溝へのオーバーフローを、図１に示した三方切替装置Ｖ１、Ｖ２を電磁制御することにより制御する。さらにまた、必要に応じて、所定の回転軸について回転の伝達と遮断を切り替える制御を行う。これにより、手動駆動部９Ｂを、必要に応じて主軸２Ｂの回転から切り離すことができる。このような回転力の伝達と遮断は、周知のクラッチ等の技術及び電磁的制御技術を用いて実現可能である。
【００５２】
なお、コンピュータ及び電磁的制御による制御装置は一例であり、これに限定されるものではない。別の例として、水位検知を機械的機構により行い、三方切替装置Ｖ１、Ｖ２及び開閉装置１Ａ２、１Ｂ１は、水位検知する機械的機構と連動して機械的に切り替えられ又は作動する装置としてもよい。
【００５３】
図示しないが、第三室１Ｅ３には、第二室１Ｅ２に設置された発電機７に関連する電気設備を含む本システムに必要な他の電気設備を設置してもよい。例えば、電源保護装置の漏電遮断機、ＤＣ／ＡＣ変換機、周波数変換機等である。
【００５４】
また図示しないが、例えば第三室１Ｅ３に、発電機７により発電した電力を蓄積するバッテリを配置することが好適である。この場合、制御装置８は、バッテリへの蓄電及びバッテリから外部への送電の制御も行う。また、制御装置８の電源としてバッテリを利用することで、外部からの電源供給なしで本システムを稼働できる。
【００５５】
以下、図５〜図８を参照して、本発明による加勢装置の実施形態について説明する。なお、説明において、図１〜図４中の符号を参照する場合がある。
【００５６】
水車２Ａは、停止状態の慣性が大きいために、停止状態から回転を開始し、安定な回転状態となるまでに大きなエネルギーが必要である。小規模システムにおいては回転し始めるためのエネルギーが不足したり、回転し始めてもなかなか回転数が増えなかったりしがちである。上述した手動駆動部９Ｂだけでは、負担が大きい場合がある。
【００５７】
そこで、本システムの一例では、水車２Ａの始動時のゆっくりとした回転を補助し、速やかに安定な回転状態へ移行させるための加勢装置５を設けている。加勢装置５は、上述した手動駆動部９Ｂによる始動時の回転補助をさらに補助するものである。加勢装置５は、水車２Ａの始動時における主軸２Ｂの比較的小さい回転動力を受け取り、この回転動力を加勢装置５内部で伝達し、主軸２Ｂ自体にフィードバックする機能を有する。これにより、主軸２Ｂの回転を促進する。さらに、主軸２Ｂの回転が安定状態に到達した後も、加勢装置５が稼動することにより、主軸２Ｂの回転を補助することとなる。
【００５８】
図５（ａ）は図２中のＣ視の概要図であり、加勢装置５の第１実施例の概要を示す図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の平面図である。
【００５９】
加勢装置５は、水車２Ａの回転軸である主軸２Ｂの延長部分に設けられている。図５（ｂ）の平面図では、位置関係を示すために水車主プーリ３Ａ及びクランク主プーリ３Ｂを２点鎖線で示している（これらは加勢装置５の構成要素ではない）。
【００６０】
主軸２Ｂ上には、主軸２Ｂとともに回転可能な主軸回転車５Ａが装着されている。加勢装置５が機能するとき、主軸回転車５Ａは、主軸２Ｂの回転とともに回転する。さらに、主軸２Ｂ上には、主軸２Ｂとともに回転可能に主軸プーリ５Ｈも装着されている。
【００６１】
主軸２Ｂから斜め上方に離間した位置に、主軸２Ｂと平行に加勢回転軸５Ｆ１が配置されている。加勢回転軸５Ｆ１は、適宜の支持壁（動力発電室の壁等）に固定された固定板Ｍ３、Ｍ４により支持される。加勢回転軸５Ｆ１上には、加勢回転軸５Ｆ１とともに回転可能な加勢回転車５Ｆが装着されている。さらに、加勢回転軸５Ｆ１上には、加勢回転軸５Ｆ１とともに回転可能に加勢プーリ５Ｇが装着されている。なお、加勢回転車５Ｆと加勢プーリ５Ｇは互いに直接固定して一体としてもよい。
【００６２】
図５（ｂ）の平面図に示すように、主軸プーリ５Ｈと加勢プーリ５Ｇとは、同じ鉛直面内に位置し、互いに離間している。そして、主軸プーリ５Ｈと加勢プーリ５Ｇとの間には、Ｖベルト等の無端ベルト５Ｉが掛け渡されている。主軸プーリ５Ｈと加勢プーリ５Ｇは、同じ直径を有する。
【００６３】
さらに、主軸回転車５Ａと加勢回転車５Ｆとの間は、一方の回転を他方の回転として伝達する回転伝達手段により連結されている。回転伝達手段は、複数のリンク部材を構成要素として含む。この回転伝達手段により、主軸２Ｂの回転による主軸回転車５Ａの回転が、複数のリンク部材を介して加勢回転車５Ｆに伝達され、加勢回転車５Ｆの回転により加勢回転軸５Ｆ１及び加勢プーリ５Ｇが回転し、加勢プーリ５Ｇの回転が無端ベルト５Ｉを介して主軸プーリ５Ｈに伝達され、主軸２Ｂの回転として回帰することとなる。この主軸２Ｂを起点としかつ主軸２Ｂを終点とする回転力伝達の閉ループにより、主軸２Ｂの回転が加勢される。すなわち、始動時の主軸２Ｂの回転エネルギーは専ら、自らの回転を促進するために用いられる。
【００６４】
第１実施例において複数のリンク部材は、次のように構成されている。
長い板状の第１リンク板５Ｂの一端は、主軸回転車５Ａの周縁近傍に位置する第１連結軸Ｊ１に対し回動自在に連結されている。ここで、「回動自在の連結軸」とは、例えば、互いに連結させる複数の部材を共に貫通又は挿通するボルト、このボルトを脱落しないように固定するナット、及び、このボルトを回動自在に軸支するベアリング等を備えた構造である（以下の連結軸についても同様）。よって、第１リンク板５Ｂの一端は、主軸回転車５Ａの回転に伴って円周上を回転するが、第１リンク板５Ｂ自体は、第１連結軸Ｊ１を中心として回動することができる。第１リンク板５Ｂの他端は自由端であり、この他端近傍には、長手方向に沿って延びる直線状の第１スライド孔Ｓ１が穿設されている。
【００６５】
第２リンク板は、長い板状の２枚のサブリンク板５Ｃ１、５Ｃ２からなる。サブリンク板５Ｃ１、５Ｃ２の各々の一端同士は、第１リンク板５Ｂにおける第１スライド孔Ｓ１内をスライド可能な第２連結軸Ｊ２に対し回動自在に連結されている。一方のサブリンク板５Ｃ１の他端は、適宜の支持壁（動力発電室の壁等）に固定された固定板Ｍ１上の固定点に位置する第３連結軸Ｊ３に対し回動自在に連結されている。他方のサブリンク板５Ｃ２の他端は自由端であり、第３リンク板５Ｄの他端と連結される。
【００６６】
長い板状の第３リンク板５Ｄの一端は、主軸２Ｂ上に回動自在に装着されている。第３リンク板５Ｄの他端は自由端であり、第２リンク板の他方のサブリンク板５Ｃ２の他端とともに第４連結軸Ｊ２に対し回動自在に連結されている。また、第３リンク板５Ｄの他端近傍には、長手方向に沿って延びる直線状の第２スライド孔Ｓ２が穿設されている。
【００６７】
長い板状の第４リンク板５Ｅの一端は、第５連結軸Ｊ５に対し回動自在に連結される。この第５連結軸Ｊ５は、第３リンク板５Ｄの第２スライド孔Ｓ２内をスライド可能であると同時に、直線状の第３スライド孔Ｓ３内もスライド可能である。この第３スライド孔Ｓ３は、支持壁に固定された固定板Ｍ２に穿設されている。図５（ｂ）の平面図に示すように、第３スライド孔Ｓ３は、加勢回転車５Ｆとほぼ同じ鉛直面内に位置し、かつ、第３スライド孔Ｓ３の長手方向は、加勢回転車５Ｆの１つの径方向に沿って延びている。図示の第３スライド孔Ｓ３の形態は貫通孔であるが、第５連結軸Ｊ５の一端を係止可能な溝の形態でもよい。
【００６８】
第４リンク板５Ｅの他端は、加勢回転車５Ｆの周縁近傍に位置する第６連結軸Ｊ６に対し回動自在に連結されている。よって、第４リンク板５Ｅの一端が、第３スライド孔Ｓ３内を直線移動すると、第４リンク板５Ｅの他端は、加勢回転軸５Ｆ１を中心として回転し、それに伴って加勢回転車５Ｆが回転する。
【００６９】
以上のように構成された複数のリンク部材によれば、主軸回転車５Ａの回転運動が、第１〜第３リンク板５Ｂ、５Ｃ１、５Ｃ２、５Ｄを介して第５連結軸Ｊ５の直線運動に変換され、そして第５連結軸Ｊ５の直線運動が、第４リンク板５Ｅを介して加勢回転車５Ｆの回転運動に変換される。
【００７０】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図５に示した加勢装置の第１実施例の動作を説明する図である。
【００７１】
図６（ａ）の状態を、主軸回転車５Ａ（背面側に主軸プーリ５Ｈが存在する）の０°位置とする。この位置では、第１リンク板５Ａの一端は最下位置にある。第２リンク板５Ｃ１、５Ｃ２のなす角度は最も小さくなる。第３リンク板５Ｄの他端は最も左側に寄っている。第５連結軸Ｊ５及び第４リンク板５Ｅの一端は、第３スライド孔Ｓ３の左端に位置する。加勢回転車５Ｆ（背面側に加勢プーリ５Ｇが存在する）は、図示の通りの位置にある。矢印は、この位置からの次の移動方向を示している。
【００７２】
図示のようにスプリングＫ１、Ｋ２を設けることで、加勢装置５をより円滑に稼動することができる。スプリングＫ１は、所定の固定点と第６連結軸Ｊ６の間に取り付けられている。スプリングＫ２は、所定の固定点と第２連結軸Ｊ２の間に取り付けられている。図６（ａ）では、スプリングＫ１及びスプリングＫ２はいずれも最も伸びた状態にある。スプリングＫ１は、第４リンク板５Ｅを右側に引っ張るように働く。スプリングＫ２は第２連結軸Ｊ２（すなわち第１リンク板５Ｂの他端、第２リンク板５Ｃ１、５Ｃ２の一端）を上方に引っ張るように働く。
【００７３】
図６（ｂ）の状態は、主軸回転車５Ａの９０°位置である。この位置では、第１リンク板５Ａの一端は０°位置よりも上方に移動する。これにより第２リンク板５Ｃ１、５Ｃ２のなす角度が大きくなる。第３リンク板５Ｄの他端は右側に移動する。第５連結軸Ｊ５及び第４リンク板５Ｅの一端は、第３スライド孔Ｓ３の中間に位置する。加勢回転車５Ｆは、図示の通りの９０°回転した位置となる。スプリングＫ１、Ｋ２は、ほぼ無負荷時の長さとなる。
【００７４】
図６（ｃ）の状態は、主軸回転車５Ａの１８０°位置である。この位置では、第１リンク板５Ａの一端は最上位置にある。これにより第２リンク板５Ｃ１、５Ｃ２のなす角度は最も大きくなる。第３リンク板５Ｄの他端は最も右側に寄っている。第５連結軸Ｊ５及び第４リンク板５Ｅの一端は、第３スライド孔Ｓ３の右端に位置する。加勢回転車５Ｆは、図示の通りの１８０°回転した位置となる。スプリングＫ１、Ｋ２は、最も圧縮されており、それぞれ第４リンク板５Ｅ及び第２連結軸Ｊ２を押し返すように働く。
【００７５】
図６では０°〜１８０°の範囲の動作のみを示したが、１８０°〜３６０°の範囲の動作も同様である。主軸２Ｂの連続回転により０°〜３６０°の範囲の動作が連続的に繰り返される。主軸回転車５Ａが一回転するとき、第４リンク板５Ｅの一端が第３スライド孔Ｓ３を一往復する直線移動するとともに、第４リンク板５Ｅの他端が加勢回転車５Ｆを一回転させることとなる。この加勢回転車５Ｆの一回転により、加勢回転軸５Ｆ１を介して加勢プーリ５Ｇが一回転する。そして、加勢プーリ５Ｇと主軸プーリ５Ｈは直径が同じであるので、無端ベルト５Ｉを介して主軸プーリ５Ｈが一回転することになる。
【００７６】
なお、上記では、主軸回転車５Ａから主軸プーリ５Ｈまでの運動伝達として説明したが、これは説明の都合上であり、主軸プーリ５Ｈから主軸回転車５Ａまでの運動伝達として説明することもできる。いずれの方向であっても自己回帰的、フィードバック的な運動伝達により、主軸２Ｂの回転が加勢されることとなる。
【００７７】
図７（ａ）は、図５（ａ）と同様の図で、加勢装置の第２実施例の概要を示す図である。図７（ｂ）は図７（ａ）の平面図である。
【００７８】
図７の第２実施例では、図５の第１実施例と同じ構成要素については、同じ符号を付して示している。第２実施例は、第１実施例の全ての構成要素に加え、さらに第５リンク板５Ｌを設けている。図７では、分かり易いように第５リンク板５Ｌに斜線模様を付して示している。以下の第２実施例の説明では、第１実施例と同じ構成要素についての説明を省略することとする。
【００７９】
図７（ｂ）の平面図において、第５リンク板５Ｌは、第１実施例と共通する第３リンク板５Ｄと第４リンク板５Ｅの間に配置されている。第５リンク板５Ｌは、４枚の長い板状のサブリンク板５Ｌ１、５Ｌ２、５Ｌ３、５Ｌ４からなる。各サブリンク板を各辺として四辺形に組み、各頂点を回動自在に連結して構成されている。第５リンク板５Ｌの１つの頂点は、第３スライド孔Ｓ３の長手方向に沿った延長線上に位置する第７連結軸Ｊ７に対し回動自在に連結される。第７連結軸Ｊ７は、固定板Ｍ２上に固定されている。さらに、第７連結軸Ｊ７上の頂点に対向する位置にある別の頂点は、加勢回転車５Ｆ上の第６連結軸Ｊ６に対し回動自在に連結されている。すなわち、第４リンク板５Ｅの他端と同じ第６連結軸Ｊ６に連結されている。よって、第６連結軸Ｊ６に連結された第５リンク板５Ｌの頂点は、第４リンク板５Ｅの他端と同じ動作を行う。
【００８０】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図７に示した加勢装置の第２実施例の動作を説明する図である。図８は、図６と同様の図であるが、図６に示した第１実施例と同じ構成要素の動作については、省略して示している。
【００８１】
図８（ａ）の０°位置では、第５リンク板５Ｌの四辺形が最も大きく開いた状態となる。図８（ｂ）の９０°位置では、第５リンク板５Ｌの四辺形がやや潰れた中間状態となる。図８（ｃ）の１８０°位置では、第５リンク板５Ｌの四辺形が最も潰れた状態となり最も左右に伸びている。図８でも、０°〜１８０°の範囲のみを示したが、１８０°〜３６０°の範囲についても同様である。図６で述べた動作と同様に、０°〜３６０°の動作が繰り返される。
【００８２】
第２実施例では、第５リンク板５Ｌを追加することで、加勢装置５の加勢機能をさらに向上させることができる。
【００８３】
以上述べた本発明における加勢装置の第１実施例及び第２実施例の形態は例示であり、本発明の原理に沿う範囲内で多くの変形形態も可能である。当業者に自明の変形形態については、本発明の範囲に含まれるものとする。
【００８４】
本発明による循環融雪水等を利用する水力発電システムは、二酸化炭素を排出しないため、環境保護に貢献するものである。また、外部からの電源や燃料の供給なしで稼動できるため省エネルギーにも貢献する。
【００８５】
本システムは、冬季のみでなく通年の稼動も可能である。新たに融雪水が得られない時期は、冬季の融雪水を内部循環用圧力加圧送水装置で循環させて利用できるとともに、雨水、水道水、井戸水によっても補充できる。
【符号の説明】
【００８６】
１  水力発電システム
１Ａ  貯水槽
１Ａ１  流入開口部
１Ａ２  流入槽開閉装置
１Ｂ  流入槽
１Ｂ１  流入槽開閉装置
１Ｃ  水車室
１Ｄ  循環水槽
１Ｄ１  水位制御フロート装置
１Ｅ  動力発電室
１Ｅ１  第一室
１Ｅ２  第二室
１Ｅ３  第三室
２Ａ  水車
２Ｂ  主軸
３Ａ  水車主プーリ
３Ｂ  クランク主プーリ
４Ａ  クランク従プーリ
４Ｂ  クランク軸
４Ｂ１  クランクアーム
４Ｂ２  クランクピン
４Ｂ３  棒状リンク部材
４Ｃ１  外部循環用圧力加圧送水装置
４Ｃ２  内部循環用圧力加圧送水装置
４Ｄ  プランジャ
５  加勢装置
５Ａ  主軸回転車
５Ｂ  第１リンク板
５Ｃ１、５Ｃ２  第２リンク板
５Ｄ  第３リンク板
５Ｅ  第４リンク板  
５Ｆ  加勢回転車
５Ｆ１  加勢回転軸
５Ｇ  加勢プーリ
５Ｈ  主軸プーリ
５Ｉ  無端ベルト
５Ｌ  第５リンク板
５Ｌ１、５Ｌ２、５Ｌ３、５Ｌ４  サブリンク板
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  固定板
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６、Ｊ７  連結軸
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  スライド孔
Ｋ１、Ｋ２  スプリング
６Ａ  発電機プーリ
６Ｂ  手動従プーリ
６Ｃ  発電機軸
７  発電機
８  制御装置
９Ａ  手動主プーリ
９Ｂ  手動駆動部
２０  循環濾過装置
３０  排水溝
４０  融雪対象施設
４１  散水装置
４２  融雪水入口
Ｗ１  融雪水・雨水
Ｗ２１  外部圧送水
Ｗ２２、Ｗ２３  外部回収水
Ｗ２４  オーバーフロー水
Ｗ３１、Ｗ３２  内部圧送水
Ｗ３３  オーバーフロー水
Ｗ４  井戸水・水道水
Ｖ１、Ｖ２  三方切替装置
【図１】
2013007377.tif 000003
【図２】
2013007377.tif 000004
【図３】
2013007377.tif 000005
【図４】
2013007377.tif 000006
【図５】
2013007377.tif 000007
【図６】
2013007377.tif 000008
【図７】
2013007377.tif 000009
【図８】
2013007377.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月18日(2012.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環する水により水車(２Ａ)を回転させて発電を行う水力発電システム(１)であって、
水車(２Ａ)に供給する水を貯留するための貯水槽(１Ａ)と、
前記貯水槽(１Ａ)の下方に設けられ、前記水車(２Ａ)を配置した水車室(１Ｃ)と、
前記水車室(１Ｃ)の下に設けられ前記水車室(１Ｃ)から落下した水を貯留するための循環水槽(１Ｄ)と、
前記循環水槽(１Ｄ)内の水を所定の経路にて前記貯水槽(１Ａ)に戻すように循環させるべく、前記循環水槽(１Ｄ)内に配置され前記循環水槽(１Ｄ)内の水に圧力を加えて加圧送水する圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)と、
前記水車(２Ａ)の回転による動力の一部を伝達されて前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)を駆動する圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)と、
前記貯水槽(１Ａ)と前記水車室(１Ｃ)の間に設けられ、前記貯水槽(１Ａ)から落下した水を一時的に貯留するための流入槽(１Ｂ)と、を備え、
前記流入槽(１Ｂ)から落下した水により前記水車(１Ａ)を回転させることを特徴とする
循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項２】
前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)が、直線運動により水を加圧送水するプランジャ(４Ｄ)を備え、
前記圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)が、前記水車(２Ａ)の主軸(２Ｂ)の回転を伝達されて回転するクランク軸(４Ｂ)と、前記クランク軸(４Ｂ)に形成されたクランクアーム(４Ｂ１)及びクランクピン（４Ｂ２）と、前記クランクピン(４Ｂ２)と前記プランジャ(４Ｄ)とを連結する棒状リンク部材(４Ｂ３)と、を備えたことを特徴とする
請求項１に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項３】
前記循環水槽(１Ｄ)から前記貯水槽(１Ａ)までの水の循環の経路として、前記貯水槽(１Ａ)、前記流入槽(１Ｂ)、前記水車室(１Ｃ)及び前記循環水槽(１Ｄ)を収容した筐体の外部を経由する外部循環用経路及び前記筐体の内部を経由する内部循環用経路の双方、又は、これらの経路のうちいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項４】
前記水車（２Ａ）の始動時の回転を補助するべく、手動により回転操作を加えられる手動駆動部（９Ｂ）と、
前記手動駆動部（９Ｂ）の回転を、前記水車（２Ａ）の主軸（２Ｂ）に伝達する手段と、をさらに備えたことを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項５】
前記水車(２Ａ)の回転を補助するための加勢装置(５)をさらに備え、
前記加勢装置(５)は、
前記水車(２Ａ)の回転軸である主軸(２Ｂ)上に前記主軸(２Ｂ)とともに回転可能にそれぞれ装着された主軸回転車(５Ａ)及び主軸プーリ(５Ｈ)と、
前記主軸(２Ｂ)と平行に配置された加勢回転軸(５Ｆ１)上に前記加勢回転軸(５Ｆ１)とともに回転可能にそれぞれ装着された加勢回転車(５Ｆ)及び加勢プーリ(５Ｇ)と、
前記主軸プーリ(５Ｈ)と前記加勢プーリ(５Ｇ)との間に掛け渡された無端ベルト(５Ｉ)と、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転を伝達して前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させるべく、前記主軸回転車(５Ａ)と前記加勢回転車(５Ｆ)の間を連結する複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)を含む回転伝達手段と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転が、前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)、前記加勢回転車(５Ｆ)、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)、前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項６】
前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)として、
一端が前記主軸回転車(５Ａ)の周縁近傍に位置する第１連結軸(Ｊ１)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が自由端であって他端近傍に第１スライド孔(Ｓ１)を具備する第１リンク板(５Ｂ)と、
２枚のサブリンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)からなり各々の一端が前記第１リンク板(５Ｂ)の第１スライド孔(Ｓ１)内をスライド可能な第２連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結され、一方のサブリンク板(５Ｃ１)の他端は所定の固定点に位置する第３連結軸(Ｊ３)に対し回動自在に連結されている第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)と、
一端が前記主軸(２Ｂ)上に回動自在に装着されるとともに、他端が自由端であって前記第２リンク板(５Ｃ１，５Ｃ２)の他方のサブリンク板(５Ｃ２)の他端とともに第４連結軸(Ｊ２)に対し回動自在に連結されかつ他端近傍に第２スライド孔(Ｓ２)を具備する第３リンク板(５Ｄ)と、
一端が前記第３リンク板(５Ｄ)の第２スライド孔(Ｓ２)内及び所定の固定位置に設けられた第３スライド孔(Ｓ３)内をスライド可能な第５連結軸(Ｊ５)に対し回動自在に連結されるとともに、他端が前記加勢回転車(５Ｆ)の周縁近傍に位置する第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結された第４リンク板(５Ｅ)と、
所定の固定点と前記第６連結軸（Ｊ６）の間に取り付けられた第１スプリング(Ｋ１)と、
所定の固定点と前記第２連結軸(Ｊ２)の間に取り付けられた第２スプリング(Ｋ２)と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)が回転するとき、前記第４リンク板(５Ｅ)の一端が前記第３スライド孔(Ｓ３)を直線移動するとともに前記第４リンク板(５Ｅ)の他端が前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させ、前記加勢回転車(５Ｆ)の回転が、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)及び前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることを特徴とする
請求項５に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【請求項７】
前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)としてさらに、
４枚のサブリンク板(５Ｌ１，５Ｌ２，５Ｌ３，５Ｌ４)を四辺形の各辺とし各頂点を回動自在に連結した第５リンク板(５Ｌ)を有し、
前記第５リンク板(５Ｌ)の１つの頂点は、前記第３スライド孔(Ｓ３)の長手方向に沿った所定の固定点に位置する第７連結軸(Ｊ７)に対し回動自在に連結されるとともに、前記１つの頂点に対向する頂点は、前記第６連結軸(Ｊ６)に対し回動自在に連結されていることを特徴とする
請求項６に記載の循環する水を利用する水力発電システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の態様は、循環する水により水車(２Ａ)を回転させて発電を行う水力発電システム(１)であって、水車(２Ａ)に供給する水を貯留するための貯水槽(１Ａ)と、前記貯水槽(１Ａ)の下方に設けられ、前記水車(２Ａ)を配置した水車室(１Ｃ)と、前記水車室(１Ｃ)の下に設けられ前記水車室(１Ｃ)から落下した水を貯留するための循環水槽(１Ｄ)と、前記循環水槽(１Ｄ)内の水を所定の経路にて前記貯水槽(１Ａ)に戻すように循環させるべく、前記循環水槽(１Ｄ)内に配置され前記循環水槽(１Ｄ)内の水に圧力を加えて加圧送水する圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)と、前記水車(２Ａ)の回転による動力の一部を伝達されて前記圧力加圧送水装置(４Ｃ１，４Ｃ２)を駆動する圧力加圧送水装置駆動部(３Ｂ，４Ａ，４Ｂ)と、前記貯水槽(１Ａ)と前記水車室(１Ｃ)の間に設けられ、前記貯水槽(１Ａ)から落下した水を一時的に貯留するための流入槽(１Ｂ)と、を備え、前記流入槽(１Ｂ)から落下した水により前記水車(１Ａ)を回転させる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記システムにおいて、前記循環水槽(１Ｄ)から前記貯水槽(１Ａ)までの水の循環の経路として、前記貯水槽(１Ａ)、前記流入槽(１Ｂ)、前記水車室(１Ｃ)及び前記循環水槽(１Ｄ)を収容した筐体の外部を経由する外部循環用経路及び前記筐体の内部を経由する内部循環用経路の双方、又は、これらの経路のうちいずれか一方を備えていることが、好適である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記システムにおいて、前記水車(２Ａ)の回転を補助するための加勢装置(５)をさらに備え、
前記加勢装置(５)は、
前記水車(２Ａ)の回転軸である主軸(２Ｂ)上に前記主軸(２Ｂ)とともに回転可能にそれぞれ装着された主軸回転車(５Ａ)及び主軸プーリ(５Ｈ)と、
前記主軸(２Ｂ)と平行に配置された加勢回転軸(５Ｆ１)上に前記加勢回転軸(５Ｆ１)とともに回転可能にそれぞれ装着された加勢回転車(５Ｆ)及び加勢プーリ(５Ｇ)と、
前記主軸プーリ(５Ｈ)と前記加勢プーリ(５Ｇ)との間に掛け渡された無端ベルト(５Ｉ)と、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転を伝達して前記加勢回転車(５Ｆ)を回転させるべく、前記主軸回転車(５Ａ)と前記加勢回転車(５Ｆ)の間を連結する複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)を含む回転伝達手段と、を有し、
前記主軸回転車(５Ａ)の回転が、前記複数のリンク部材(５Ｂ，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｄ，５Ｅ)、前記加勢回転車(５Ｆ)、前記加勢回転軸(５Ｆ１)、前記加勢プーリ(５Ｇ)、前記無端ベルト(５Ｉ)を介して前記主軸プーリ(５Ｈ)に伝達されることが、好適である。